Бионический глаз вживается в образ электродами
Создавая внутриглазные электронные имплантаты, большая часть авторов совершает неточность: отказывается от «остатка» зрения, которое ещё имеется, и пробует заменить его камерой. Но занимательная картина нарисуется, в случае если создать биоэлектронный гибрид.
Дэниел Паланкер (Daniel Palanker) из Стэнфордского университета (Stanford University) и его научная несколько «Биомедицинской офтальмологических технологий и физики» (Group of BioMedical Physics and Ophthalmic Technologies) создали уникальный протез сетчатки большого разрешения либо «Бионический глаз» (Bionic Eye), владеющий целым рядом преимуществ перед прошлыми проектами лечения слепоты посредством электронных имплантатов.
Возрастная деградация сетчатки, при которой умирает большое количество светочувствительных клеток, и такое заболевание, как пигментоз – важны за слепоту (либо близкое к «нулю» зрение) миллионов людей во всём мире.
Множество научных лабораторий и групп экспериментируют с имплантатами сетчатки. Потому, что при указанных недостатках сами нервные клетки (по большей части) остаются в порядке, возможно направлять в них не сильный электрические импульсы с некой схемы – решётки из электродов, размещённой прямо в сетчатке.
Соответственно, импульсы эти должны отражать картину, которую снимает миниатюрная камера, закреплённая на голове.
Гениальный план. Если бы не последовательность «но». Во-первых, размещение солидного числа электродов на маленькой площади – это препятствие биологического замысла.
Схема глаз.
Помимо этого, кроме того имплантировав решётку в толщу сетчатки, нельзя добиться через чур близкого соприкосновения электродов и её глубинных клеток, лежащих под погибшими фоторецепторами.
И получается, что когда инженеры сближают электроды между собой (другими словами увеличивают разрешение микросхемы), любой из них начинает функционировать сходу на последовательность ближайших клеток – а обязан, в совершенстве, – лишь на одну, в противном случае суть в высоком разрешении изображения телекамеры всецело исчезает.
Разрез под микроскопом: клетки сетчатки крысы мигрируют через маленькое отверстие имплантата (фото с сайта светло синий.edu).
Дабы это препятствие обойти, необходимо «привязать» по одному электроду на одну, от силы — две клетки. Но для плотности пикселей, геометрически соответствующей остроте зрения 20/400 (это практически невидящий человек, порог «юридической слепоты», как пишут авторы работы, а в отечественных единицах — это зрение 0,05) клетки должны размешаться не дальше 30 микрон от электродов.
А для остроты 20/80 (0,25) это расстояние не должно быть больше 7 микронов. При таковой остроте зрения, кстати, уже возможно пользоваться компьютером, передвигаться по городу, распознавать лица и по большому счету – вести независимую судьбу.
Нажимать же на имплантат при внедрении (дабы плотнее прижать электроды к слою клеток) запрещено – велик риск травмы сетчатки.
А ведь расстояние между каждым из электродов и его «подшефной» клеткой – далеко не всё. Для таковой остроты зрения (20/80) необходимо иметь плотность пикселей в 2,5 тысячи на квадратный миллиметр.
А тут начинает проявляться не только паразитная перекрёстная связь между соседними электродами, но и перегрев (клетки нельзя нагревать больше, чем на один градус выше естественной температуры в глазу), и – нарушение электрохимии в окружающей микросхему живой среде.
Потому никому до сих пор не получалось создать устройство с числом электродов (просматривай – показываемых пикселей) больше нескольких штук, десятков, ну, возможно — много. А необходимо их иметь – многие тысячи.
Тут сделаем ещё один мини-экскурс в биологию. Глаз имеет приблизительно 100 миллионов фоторецепторов (это как камера на 100 мегапикселей). Но в составе зрительного нерва в мозг идёт всего 1 миллион раздельных каналов.
Информация исчезает?
Нет, выясняется, в самой сетчатке уже происходит предварительная обработка, некое суммирование информации. Сама сетчатка – это так как не только слой фоторецепторов, но слой нервной сети.
Сейчас, в случае если возвращаться к имплантатам с электродами, нужно сообщить – имеется пара подходов к размещению для того чтобы имплантата в глазу. Он может занимать разные слои по глубине.
Возможно обойтись меньшим числом электродов (лишь тогда нужно имитировать суммированные сигналы нервной сети сетчатки), а вдруг возбуждать нервные клетки, лежащие ближе к фоторецепторам – возможно прекрасно воспроизводить совокупность зрения, лишь плотность пикселей в имплантате должна быть высокой.
Дабы дать добро это несоответствие, авторы нового проекта совершили последовательность опытов на крысах. И нашли новый биологический эффект. Учёные внедряли в сетчатки животных полимерные пластинки с мелкими отверстиями – диаметром 15-40 микрон.
И вот через считанные часы клетки сетчатки сами начали передвигаться в отверстия, в течение всего нескольких суток заполняя полости под ними. Подобно клетки вели себя и по отношению к пластине, которую покрывали стройные последовательности долгих выступов-башенок. Клетки скоро заполняли промежутки между этими выступами.
В новом проекте клетки сетчатки заманиваются в полости имплантата. На его поверхности и в отверстиях создаётся совокупность стимулирующих электродов (иллюстрация с сайта stanford.edu).
«В случае если гора не идёт к Магомету, то Магомет идёт к горе, — сообщил Паланкер. — Мы не можем поместить электроды близко к клеткам. Но мы практически приглашаем клетки прибыть в область электродов, и они делают это с наслаждением и весьма скоро».
Так, в проекте нового имплантата удалось добиться той самой плотности 2,5 тысячи электродов на квадратный миллиметр с соблюдением расстояния между каждым электродом и его личной клеткой – до 7 микрон. Электроды разместили в этих полостях и, соответственно – на выступах.
Будет ли рабочий проект иметь отверстия в пластине либо напротив – «башенки» – пока остается под вопросом. При отверстий возможно добиться чуть ли не клеток и поштучного соединения электродов, но при выступов – у клеток лучше снабжение питательными веществами. Выбор будет сделан позднее.
Но это – не все отличия проекта от соперничающих работ. В случае если не забывайте, другие авторы предлагали показывать на электроды сигнал прямо с камеры на лбу. А в этом имеется сильный подвох.
Подобно трудится схема с выступами (иллюстрация с сайта stanford.edu).
Дело в небольших непроизвольных перемещениях глаз, сканирующих пространство кроме того тогда, в то время, когда нам думается, что мы без движений наблюдаем в одну точку.
В случае если напрямую связывать камеру на лбу с имплантатом в сетчатке, это свойство зрения исчезает, что весьма очень плохо отражается на восприятии. А ещё – при таковой схеме – зрение всецело зависит от числа электродов в имплантате. А что возможно заметить, скажем, в ста пикселях?
Паланкер внес предложение иную схему. Камера на лбу тут кроме этого имеется, но она направляет сигнал в носимый микрокомпьютер (размером с кошелёк), что переводит видимое изображение в комплект маленьких импульсов инфракрасного светодиодно-жидкокристаллического дисплея, с числом точек в пара тысяч.
Данный поток импульсов отражается от наклонного стекла, расположенного перед глазами, проходит через хрусталик и попадает на фоточувствительные диоды имплантата в сетчатке глаза. Те усиливают сигнал, применяя энергию от маленькой солнечной батареи, имплантированной в радужку.
Эти инфракрасные лучи человек не видит. А вот итог действия электрических импульсов на клетки сетчатки – принимает как изображение.
Наряду с этим сам имплантат имеет размер в половину рисового зерна (3 миллиметра) и покрывает 10 градусов поля зрения – его центр.
Бионический глаз Паланкера (иллюстрация с сайта stanford.edu).
В этот самый момент основной фокус: благодаря стеклу у человека сохраняется естественное восприятие сцены перед ним (теми живыми фоторецепторами, что ещё трудятся в глазу), особенно – периферийным зрением, наровне с наложенным «дополнением» от камеры.
И небольшие стремительные перемещения глаз сохраняют собственную важность – так как человек сам наблюдает как на пейзаж (напрямую), так и на то электронное изображение (пускай инфракрасное).
Положение этого изображения на сетчатке (и внедрённой решётке электродов, соответственно) изменяется вместе с перемещением глазного яблока. Так, электронный прибор максимально применяет оставшиеся естественные свойства глаза по обработке зрительной информации.
на данный момент авторы проекта имплантируют устройство крысам, а скоро должны перейти к опытам на свиньях. Про испытания на людях исследователи до тех пор пока ничего не могут сказать.
